双电层电容器及其复合电源系统的研制

碳基双电层电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用.直流充放电、循环伏安特性以及交流阻抗等实验显示了本实验室制备的活性炭材料组装的电容器具有良好的电化学性能,比容量为173.2F/g,在大功率充放电条件下的活性物质的能量密度大于5.0Wh/kg,同时具有10⁵以上的循环寿命.由双电层电容器与镍氢电池组成的复合电源系统具有优良的脉冲充放电特性,在GSM、CDMA移动通讯系统以及电动车电源等领域具有广泛的用途.     

氧化镍超电容器的研究

使用传统的水解方法制备氢氧化镍胶体 ,在 30 0℃下进行烧结处理后得到具有特殊微结构及表面特性的超细氧化镍材料。电化学方法证明该材料制备的电极具有典型的电容性能 ,“准电容”比容量达 2 40 F/ g以上 ,优于普通的双电层电容器活性炭电容材料比容量。恒流充放电实验证明使用该材料制备的电容器具有良好的大电流充放电性能以及循环寿命 ,是一种极具发展潜力的储能器件     

碳纳米管-氢氧化镍复合电极电化学电容器

采用催化裂解法制备了碳纳米管并进一步制备了碳纳米管薄膜电极。基于该种材料的超电容器电极比容量为36 F/g。研究了在碳纳米管薄膜基体上使用电化学方法沉积氢氧化镍的新工艺,制备出碳纳米管/氢氧化镍复合电极。伏安特性曲线以及直流充放电实验证明复合电极的单电极比容量达到63 F/g,交流阻抗谱证明复合电极具有优良的阻抗特性。     

碳纳米管–聚吡咯复合材料在超电容器中的应用

在碳纳米管(CNT)基体上用化学聚合或电化学聚合方法沉积聚吡咯(PPy)制得复合材料。再以此类复合材料为活性物质制作电极,组装成原型超电容器。并对其进行了循环伏安、恒电流充放电等电化学测试。用此类复合材料制成的原型超电容器的比容量(23.6 F/g)与纯碳纳米管(2.3 F/g)或纯聚吡咯(3.9 F/g)制成的原型电容器比较,发现复合电极电容器比容量的提高不是简单的加和效应,而是协同效应所致。     

碳纳米管–聚吡咯复合材料在超电容器中的应用

在碳纳米管(CNT)基体上用化学聚合或电化学聚合方法沉积聚吡咯(PPy)制得复合材料。再以此类复合材料为活性物质制作电极,组装成原型超电容器。并对其进行了循环伏安、恒电流充放电等电化学测试。用此类复合材料制成的原型超电容器的比容量(23.6 F/g)与纯碳纳米管(2.3 F/g)或纯聚吡咯(3.9 F/g)制成的原型电容器比较,发现复合电极电容器比容量的提高不是简单的加和效应,而是协同效应所致。     

实用化超电容器的制备与电化学性能的研究

使用高比表面积活性炭可以制备不同电容量、不同工作电压的超电容器,高比表面积活性炭的比电容量远高于普通活性炭。10 F(9V)、45 F、600 F的超电容器样品的测试结果表明,高比表面积活性炭电极的孔径结构不会影响电容器大电流充放电容量,电化学性能稳定,高比表面积活性炭是一种待开发的优良的超电容器电极材料。     

聚苯胺混杂型电化学电容器研究

采用聚苯胺在改性活性炭表面原位聚合方法,制备了聚苯胺活性炭复合物。研究了活性炭与苯胺在不同配比下制得的复合物的比容量,结果表明:当活性炭占复合材料的质量比为14.9%时,复合物的比容量为191.8F/g,比相同条件下制得聚苯胺的比容量提高了56%。以该复合物为电化学电容器的正极材料,以改性活性炭为其负极材料,电解液为6mol/L的氢氧化钠水溶液,组装了原型电化学电容器。该电容器的比能量可达8.7Wh/kg,比功率可达878W/kg。     

新型LiFePO_4/AC混合超级电容器的制备和性能研究

以橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)为正极,活性炭(AC)为负极,制备了LiFePO4/AC混合超级电容器。通过充放电、倍率和漏电流测试,系统研究了所制混合超级电容器的电化学性能。结果表明,在正负极活性物质质量比为0.8∶1.0的条件下,混合超级电容器综合性能最佳:比容量为25.38 mAh.g–1,比能量为3.21 Wh.kg–1,分别是活性炭超级电容器的2.83倍和2.17倍,且在大倍率充放电下循环稳定性好、漏电流小,在1600 s后漏电流为0.25 mA。     

有机电解液聚苯胺-炭混合电容器性能研究

采用化学氧化法合成盐酸掺杂聚苯胺,经NaOH溶液去掺杂后制得本征态聚苯胺(PANI)。以PANI为正极材料,活性炭为负极材料,使用1 mol/L LiPF6/(DMC+EC)有机电解液组装了混合电容器。通过循环伏安、交流阻抗、恒流充放电、循环寿命及漏电流等手段,对混合电容器的电化学性能进行了测试。结果表明,充电截止电压在1.5 V时,电容器比容量最高可达36.0 F/g,1 100次充放电循环后比容量保持在初始容量的94.2%。     

20伏高电压型碳纳米管超级电容器的研制

通过催化裂解法制备了碳纳米管并进一步制备了碳纳米管膜片式电极.基于该种材料的超级电容器电极比容量达到42F/g并表现出良好的大电流放电特性.本文采用多种研究方法对基于该种材料的双电层电容器的电化学特性进行了详细的研究.本文还开发了全新的超级电容器组装工艺,采用该工艺组装的碳纳米管超级电容器工作电压可以达到20V并具有良好的容量特性和阻抗特性.     

万法级MnO2/C超级电容器的组装及性能研究

采用固相法制备了MnO2,并对其结构进行表征。以所制备的MnO2作为电极活性物质,组装成超级电容器,对其电化学性质进行研究,结果表明,所组装超级电容器的等效串联电阻为1.875m?,功率密度为192W/kg,能量密度为2.306W·h/kg,电容器的充电电容为11671.4F,放电电容为11534.3F,充放电效率为98.8%,经多次循环后电容器性能良好。     

活性炭前处理对双电层电容器性能的影响

制备了沥青焦基活性炭双电层电容器用电极材料,将其分别经水洗、酸洗以及超音速气流粉碎处理。在1 mol/L(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯电解液体系中进行电化学测试,对比评价了各活性炭前处理方法对电容器电化学性能的影响。结果表明,酸洗后活性炭电极比电容提高7%达到163 F/g,高功率放电性能明显改善,当电流密度由70 mA/g增加到1 A/g时,其电极比电容保持率为88%;活性炭进行超细粉碎后不利于电化学性能的提高。     

模板法制备超级电容器活性炭电极材料

以硅溶胶为模板剂,酚醛树脂为炭源,采用模板法制备了超级电容器活性炭电极材料。利用SEM和BET对实验制备的活性炭进行了分析和表征。以实验研制的活性炭为电极材料,通过循环伏安和恒流充放电测试对其电容性能进行了研究。结果表明:实验研制的活性炭的比表面积为1840m2/g,在7.5×10–3A/cm2的电流密度下,其比容达到290F/g。     

Efficient Lightweight Supercapacitor with Compression Stability

This paper reports the fabrication of an electrochemical supercapacitor (ES) with high gravimetric and areal capacitances, achieved at a high mass ratio of active material to current collector. The active material, polypyrrole, is in situ polymerized in an aerogel‐based current collector composed of crosslinked cellulose nanocrystals (CNCs) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). Mechanical robustness, flexibility, and low impedance of the current collectors are achieved by the chemical crosslinking of CNC aerogels and efficient dispersion of MWCNTs through the use of bile acid as a dispersant. Furthermore, the advanced electrode design results in low contact resistance. A single‐electrode areal capacitance of 2.1 F cm^?2 is obtained at an active mass loading of 17.8 mg cm^?2 and an active material to current collector mass ratio of 0.57. Large area ES electrodes and devices show flexibility, excellent compression stability at 80% compression, and electrochemical cyclic stability over 5000 cycles. Moreover, good retention of capacitive properties is achieved at high charge–discharge rates and during compression cycling. The results of this investigation pave the way for the fabrication of advanced lightweight ES, which can be used for energy storage in wearable electronic devices and other applications.     

超级离子电容器C/NiO复合气凝胶电极材料的研究

以间苯二酚、甲醛、硝酸镍和无水碳酸钠为原料,使用溶胶-凝胶法制备碳/氧化镍复合凝胶,经CO₂超临界干燥及900℃炭化处理,得到复合碳气凝胶,电化学方法证明这种材料制备的电极具有典型的电容特性,采用1mol/L KOH电解液构成电容器单元,比电容量达263F/g,等效串联电阻小于1Ω.本文还对这种复合材料的结构形貌进行了探讨,分析了其对电容器性能的影响.     

用作超级电容器电极材料的酚醛树脂基活性炭

以酚醛树脂为原料,采用水蒸气活化,制备了炭纤维和泡沫炭粉两种活性炭作为超级电容器电极材料。采用扫描电镜和物理自动吸附仪对两种活性炭的形貌与孔结构进行了表征;另外采用循环伏安法和恒流充放电法,对其充放电性能进行了研究。结果表明,在1.0mA电流下充放电,炭纤维和泡沫炭粉的充电比电容分别为176.7和144.4F.g–1,放电效率分别为88.2%和85.1%;随着充放电电流的增大,二者充放电容量减小,放电效率提高。循环伏安测试表明在600mV.min–1扫描速率下炭纤维的电化学窗口大于泡沫炭粉。     

氧化钌/活性炭超电容器电极材料电化学特性

介绍一种氧化钌/活性炭复合电极材料的制备方法,并对不同条件下制备的材料的循环伏安特性、交流阻抗特性进行了比较。使用该复合材料组装的模拟电化学超电容器单电极比容量达到359 F/g,远高于普通活性炭材料。与氧化钌电极材料相比,氧化钌/活性炭复合材料的高功率放电特性则有明显的提高。     

有机双电层电容器用活性炭电极的修饰

利用石墨、炭黑、碳纳米管三种导电碳材料,对高比表面积活性炭进行掺杂修饰,制备有机电解液双电层电容器用薄膜电极。经电化学测试发现,在 1 mol/L 的 LiPF6/EC-DEC(体积比 1∶1)溶液中,经不同导电材料修饰后的活性炭电极,其单电极比容量和大电流充放电性能均有较大改善。其中,掺杂 10%(质量分数)碳纳米管的活性炭电极,在 330 mA/g 电流密度下的单电极比容量可达 81 F/g,比未掺杂活性炭电极 60 F/g 的比容量提高了 35%;电流密度从 60 mA/g 增至 330 mA/g,该电极的容量保持率为 79.4%。     

热处理对纳米α-MnO2电容特性的影响

采用化学沉淀法制备出超级电容器用纳米MnO2电极材料,研究了热处理工艺对MnO2电容性能的影响。结果表明,产物主相为α-MnO2,粒度分布较均匀,在50～100 nm;热处理温度和时间对MnO2的电容性能有着重要影响。将在300℃热处理3 h的MnO2与活性炭电极组成非对称超级电容器,循环充放电500次,容量仅衰减2.24%;在电流密度为500 mA/g时,比电容量达302.52 F/g。